Сборка и комплектация КТП 10/0.4 кВ (комплектной трансформаторной подстанции) (на базе предприятия ОАО «Гидроэлектромонтаж»)

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ТЕХНИКУМ

(ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО  БЮДЖЕТНОГО

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧЕРЕЖДЕНИЯ  ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»

(БТТ филиал ФГБОУ ВПО  «ВГУЭС»)

 

 

 

 

 

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Сборка и  комплектация КТП 10/0.4 кВ (комплектной  трансформаторной подстанции) (на базе предприятия ОАО «Гидроэлектромонтаж»)

 

 

 

 

                                              

 

Благовещенск 2013

 

Введение

 

При эксплуатации энергетического  оборудования и электрических сетей неизбежны их повреждения и не нормальные режимы. Наиболее опасными являются короткие замыкания, повреждения изоляции и перегрузки.

Короткие замыкания возникают  из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включения под напряжение заземленного оборудования, отключения разъединителей под нагрузкой) и  других причин.

В большинстве случаев  в месте КЗ возникает электрическая  дуга, термическое действие которой  приводит к разрушениям токоведущих  частей, изоляторов и электрических  аппаратов. При КЗ к месту повреждения  подходят большие токи (токи КЗ), измеряемые тысячами ампер, которые перегревают неповрежденные токоведущие части и могут вызвать дополнительные повреждения, т. е. развитие аварии. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что может привести к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов.

Обычно развитие аварий может быть предотвращено  быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, действующих на отключение выключателей,  и.  получивших  название  релейная защита.

При отключении выключателей поврежденного элемента гаснет электрическая  дуга в месте КЗ, прекращается прохождение  тока КЗ и восстанавливается нормальное напряжение на неповрежденной части  электрической установки или  сети. Благодаря этому минимизируются, или даже совсем предотвращаются  повреждения оборудования, на котором  возникло КЗ, а также восстанавливается  нормальная работа неповрежденного  оборудования.

Таким образом, основным назначением  релейной защиты является выявление  места возникновения КЗ и быстрое  автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или  участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки  или сети.

К релейной защите предъявляются  такие основные требования:

• Быстродействие – иногда для сведения до минимума ущерба от возникших повреждений релейная защита должна обеспечивать полное отключение в течение сотых долей секунды;
• Селективность – отключение только той минимальной части или элемента установки, которая вызвала нарушение режима;
• Чувствительность – быстрая реакция на определенные, заранее заданные отклонения от нормальных режимов, иногда самые незначительные;
• Надежность – безотказная работа в случае отклонения от нормального режима; надежность защиты обеспечивается как правильным выбором схемы и аппаратов, так и правильной эксплуатацией, предусматривающей периодические профилактические проверки и испытания.

Кроме повреждений электрического оборудования могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, выделение газа в результате разложения масла в трансформаторе, или понижение уровня масла в его расширителе и др.

В указанных случаях нет  необходимости немедленного отключения оборудования, так как эти явления  не представляют непосредственной опасности  для оборудования и могут самоустраниться. Поэтому при нарушении нормального режима работы на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом, как правило, достаточно дать предупредительный сигнал персоналу подстанции. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала и в отдельных случаях на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом производится отключение оборудования, но обязательно с выдержкой времени.

Таким образом, вторым назначением  релейной защиты является выявление  нарушений нормальных режимов работы оборудования, которые могут привести к аварии, и подача предупредительных  сигналов обслуживающему персоналу, или отключение оборудования с выдержкой времени.

Согласно требованием  ПУЭ, силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей  должно быть защищено от коротких замыканий  и нарушений нормальных режимов  работы устройствами релейной защиты и электроавтоматики. Устройства РЗА  должны быть постоянно включены, кроме устройств, которые должны выводиться из работы в соответствии с назначением и принципом действия, режимом работы энергосистемы и условиями селективности. Устройства аварийной и предупредительной сигнализации должны быть всегда готовы к действию.

Входе обзора теоретического материала нами  была поставлена цель: 

Сравнить устройства РЗА  установленные силовых сетях  энергосистемы нашего региона и  цифровыми устройствами РЗА.

Объект: Устройства релейной защиты автоматики.

Мы предположили, что современные  устройства РЗА более надежны, чем  ныне существующие. Так как они  выработали свой срок службы и не отвечают требованиям ПУЭ. 

Исходя из этого мы поставили перед собой задачи:

1. Более подробно ознакомиться с обзором монографий и литературы.
2. Рассмотреть различные устройства РЗА
3. Сравнить и проанализировать обоснованность наших предположений, рассмотреть возможности устаревших устройств РЗА и современных цифровых. 
4. Сделать вывод по проведенной нами работе.

Методы исследования: анализ специальных источников литературы и теоретического материала, сравнительный анализ устройств РЗА, моделирование процессов происходящих в РЗА, наблюдение, анализ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Ранее применявшиеся устройства релейной защиты и автоматики

 

Под устройством релейной защиты подразумевается совокупность реле, приборов и вспомогательных элементов, которые при возникновении повреждений и ненормальных режимов работы оборудования должны действовать на его отключение или на сигнал.

В настоящее время мы переживаем настоящую техническую революцию, связанную с приходом нового поколения  устройств РЗА – микроэлектронной и микропроцессорной техники.

В 70-х годах прошлого века широкое распространение получила релейная защита и автоматика на переменном оперативном токе, релейно-контакторного  типа. Доля же на постоянном оперативном  токе была не велика, ввиду большой  дороговизны аккумуляторных батарей.

Для выполнения релейной защиты на переменном оперативном токе применялась  специальная релейная аппаратура:

1. Реле максимального тока типов РТ-85, РТ-86 и РТ-95 применялись в схемах максимальной токовой защиты электрооборудования и линий электропередачи. Реле эти комбинированного типа; они состоят из двух основных элементов: индукционного – с вращающимся диском, при помощи которого создается ограниченно зависимая выдержка времени, и электромагнитного – мгновенного действия для выполнения токовой отсечки. Технические характеристики максимального токового реле приведены в таблице 1.1.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1 Технические данные максимально-токового реле

Тип реле	Номинальный ток, А	Уставки тока срабатывания индукционного элемента, А	Уставки кратности тока срабатывания    отсечки	Уставки выдержки времени  в    независимой части, с	Потребляемая мощность при  токе  срабатывания реле, ВА
РТ-85/1	10	4 - 10	2 - 8	0,5 - 4	10
РТ-85/2	5	2 - 5	2 - 8	0,5 - 4	10
РТ-86/1	10	4 - 10	2 - 8	4 - 16	10
РТ-86/2	5	2 - 5	2 - 8	4 - 16	10
РТ-95/1	10	4 - 10	2 - 8	0,5 - 4	25
РТ-95/2	5	2 - 5	2 - 8	0,5 - 4	25

 

2. Реле промежуточных типов РП-321 и РП-341 предназначены для непосредственного включения во вторичные цепи трансформаторов тока и управляются контактами основных реле защиты, выполняемой на переменном оперативном токе. Реле разработаны на электромагнитном принципе с магнитной системой клапанного типа; обмотка электромагнитного реле включается в цепь трансформатора тока через встроенный в реле вспомогательный насыщающийся трансформатор и выпрямительный мост из германиевых диодов.

3. Пуск реле РП-341 осуществляется замыкающими или размыкающими контактами, а реле РП-321 только замыкающими контактами управляющих реле. Реле РП-341 имеет два переключающих контакта: один усиленный, переключающий без разрыва цепи, и один нормального исполнения. Усиленный контакт, как и в реле типа РТ-85 и др., способен шунтировать и дешунтировать цепь, питаемую от трансформаторов тока при вторичных токах до 150 А.

Контакты нормального  исполнения реле РП-321 и РП-341 способны размыкать цепь переменного тока с мощностью 450 ВА при токе 2А и  напряжении 220 В и замыкать цепь с  мощностью 1000 ВА при токе до 15А и  напряжении до 220 В. Технические данные промежуточных  реле приведены в  таблице 1.2.

Таблица 1.2  Технические данные промежуточных реле

Ток срабатывания, А	При параллельном соединении обмоток	5
	При последовательном соединении обмоток	2,5
Термическая устойчивость обмоток, А	Длительно	10
	В течение 4 с	150
Потребление мощности при токе 2Iср, ВА		10
Время срабатывания реле при токе 2Iср, с		0,05

 

4. Реле времени с синхронным микродвигателем РВМ-12 и РВМ-13 предназначены для создания выдержки времени в различных схемах релейной защиты, выполняемых на переменном оперативном токе. Реле состоит из двух насыщающихся трансформаторов, включаемых во вторичные цепи измерительных трансформаторов тока любых двух фаз трехфазной системы, электродвигателя и контактной системы. Включение электродвигателя в работу производится контактами других реле, причем он может правильно работать при включении только в какую-либо одну фазу (это должно обеспечиваться соответствующими управляющими контактами). Параллельно каждой вторичной обмотке насыщающегося трансформатора присоединены конденсатор и последовательно с ним добавочный резистор.

5. Реле промежуточные двухпозиционные типов РП-9 и РП-12 предназначаются для применения в цепях переменного тока в качестве вспомогательных реле. Реле имеют две магнитные системы, между которыми расположен якорь. В верхней части якоря имеется толкатель, который переключает контакты реле при притягивании его к одной или другой магнитной системе.

Для фиксации положения  якоря используется пружина. Последовательно  с обмотками реле блокирующие  контакты, поэтому одновременно питание  может быть подано только к одной обмотке подготовленной к действию магнитной системе.

При подаче рабочего импульса на обмотку магнитной системы, подготовленной к действию, якорь реле перекидывается, при этом размыкаются контакты, в цепи другой обмотки реле, - тем самым подготавливается работа его в обратном направлении. Технические характеристики промежуточного реле приведены в таблице 1.3

Таблица 1.3 Технические характеристики промежуточного реле

Тип реле	РП-9	РП-12
Номинальное напряжение, В	100; 127		220
Напряжение срабатывания	0,8 Uн
Потребляемая мощность, Uн, ВА	30
Термическая устойчивость	Uн  кратковременно
Исполнение контактов	7з и 7р	1з,   1р   и 2п
Пределы уставок времени срабатывания	0,06

 

С помощью ЗРА реализовются следующие виды защиты:

• Токовая отсечка (ТО) – выполнена на базе реле РТ – 40, которое действует на выходное реле. Элементная часть ТО собрана в отдельном блоке, собранном на панели;
• Дистанционная защита (ДЗ) 1 и 2 ступени реализована на базе реле РВ – 100 (реализует функцию выдержки времени), и смонтированы единым блоком. 3 ступень выполнена единым блоком (КРС) – комплект реле сопротивлений.
• Направленная токовая защита нулевой последовательности (НТЗНП) – собрана отдельным блоком, имеет 4 ступени, каждая из которой представляет собой РТ – 40 и РВ – 100. Направленность защиты НТЗНП обеспечивается двумя реле направления мощности РБМ – 176.

В настоящее время происходит повсеместная замена релейно-контакторного  оборудования ЭС на микропроцессорное, и перевод на оперативный источник питания постоянного тока.

2. Современная релейная защита

Особое значение в решении  проблемы релейной защиты в небольших городах и сельской местности играют распределительные воздушные электрические сети среднего напряжения 6-10 кВ. По сетям 6-10 кВ осуществляется поставка электроэнергии широкому кругу потребителей – сельскохозяйственным потребителям, коттеджным поселкам, городам с малоэтажной застройкой, средним и малым промышленным предприятиям,  электрифицированным железным дорогам и нефтепроводам.

Выходом из сложившейся ситуации является децентрализованная автоматизация  аварийных режимов работы распределительной  сети. Суть децентрализованной автоматизации  заключается в оснащении распределительной  сети пунктами автоматического секционирования  и автоматического включения  резерва (АВР), которые позволяют  отключать только аварийных участок  сети и автоматически восстанавливать  питание неповрежденных потребителей. За счет того, что из работы выводится  только участок сети, уменьшается  число потребителей, потерявших питание.

Уже штампом стало утверждение, что цифровые устройства релейной защиты и автоматики имеют существенные преимущества перед предыдущими  поколениями устройств (электромеханическими и микропроцессорными). И это действительно  так, если рассматривать качество и  возможности самих устройств - наряду с технологичностью они позволяют  иметь при малых габаритах  большое число различного рода защитных функций, а также программировать достаточно сложную логику защитных комплексов. Например.

«Сириус-2-Л», «Сириус-21-Л»

Рисунок 1.1 - «Сириус-2-Л»

Устройство предназначено  для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации присоединений напряжением 3–35 кВ. Устройство устанавливается в релейных отсеках КРУ, КРУН и КСО, на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 6–35 кВ. Устройство предназначено для защиты воздушных и кабельных линий, а также трансформаторов, преобразовательных агрегатов.

Устройство является комбинированным  микропроцессорным терминалом релейной защиты и автоматики.

Применение в устройстве модульной мультипроцессорной архитектуры  наряду с современными технологиями поверхностного монтажа обеспечивают высокую надежность, большую вычислительную

мощность и быстродействие, а также высокую точность измерения  электрических величин и временных интервалов, что дает возможность снизить ступени селективности и повысить чувствительность терминала.

Устройство может применяться  для защиты элементов распределительных  сетей как самостоятельное устройство, так и совместно с другими устройствами РЗА (например, дуговой защитой, защитой от однофазных замыканий на землю, защитой шин и т.д.).

Устройство обеспечивает следующие эксплуатационные возможности:

̶ выполнение функций защит, автоматики и управления, определенных ПУЭ и ПТЭ;

̶ задание внутренней конфигурации (ввод/вывод защит и автоматики, выбор защитных характеристик и  т.д.);

̶ ввод и хранение уставок  защит и автоматики;

̶ контроль и индикацию  положения выключателя, а также  контроль исправности его цепей управления;

̶ определение места повреждения  линии (для воздушных линий);

̶ передачу параметров аварии, ввод и изменение уставок по линии  связи;

̶ непрерывный оперативный  контроль работоспособности (самодиагностику) в течение всего времени работы;

̶ блокировку всех выходов  при неисправности устройства для  исключения ложных срабатываний;

̶ получение дискретных сигналов управления и блокировок, выдачу команд управления, аварийной и предупредительной сигнализации;

̶ гальваническую развязку всех входов и выходов, включая питание, для обеспечения высокой помехозащищенности;

̶ высокое сопротивление  и прочность изоляции входов и  выходов относительно корпуса и между собой для повышения устойчивости устройства к перенапряжениям, возникающим во вторичных цепях КРУ.

Функции защиты, выполняемые  устройством:

̶ трехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ) от междуфазных  повреждений с контролем двух или трех фазных токов;

̶ автоматический ввод ускорения  любых ступеней МТЗ при любом  включении выключателя;

̶ защита от обрыва фазы питающего  фидера (ЗОФ);

̶ защита от однофазных замыканий  на землю (ОЗЗ) по сумме высших гармоник;

̶ защита от однофазных замыканий  на землю по току основной частоты;

̶ выдача сигнала пуска  МТЗ для организации логической защиты шин.

Функции автоматики, выполняемые  устройством:

̶ операции отключения и  включения выключателя по внешним  командам с защитой от многократных включений выключателя;

̶ возможность подключения  внешних защит, например, дуговой, или  от однофазных замыканий на землю;

̶ формирование сигнала УРОВ при отказах своего выключателя;

̶ одно- или двукратное АПВ;

̶ исполнение внешних сигналов АЧР и ЧАПВ.

Дополнительные сервисные  функции:

̶ определение места повреждения  при срабатывании МТЗ;

̶ фиксация токов в момент аварии;

̶ дополнительная ступень  МТЗ-4 для реализации «адресного»  отключения или сигнализации длительных перегрузок;

̶ измерение времени срабатывания защиты и отключения выключателя;

̶ встроенные часы-календарь;

̶ возможность встраивания  устройства в систему единого  точного времени станции или подстанции;

̶ измерение текущих фазных токов;

̶ дополнительные реле и  светодиоды с функцией, заданной пользователем;

̶ цифровой осциллограф;

̶ регистратор событий.

 

 

 

 

ОРИОН-2 Устройство защиты микропроцессорное (присоединений напряжением 6-35кВ

Предназначено для работы в качестве защиты воздушных или кабельных линий с изолированной или компенсированной нейтралью напряжением 6 - 35 кВ.

Устройство устанавливается  в ячейке КРУ или КРУН, или КСО  и управляет высоковольтным выключателем присоединения. Устройство подключается к измерительным трансформаторам  тока фаз А и С с номинальным  вторичным током 5 А. Предусмотрено  подключение трансформатора тока фазы В при его наличии.

 

Рисунок 1.2 - ОРИОН-2 Устройство защиты микропроцессорное (присоединений напряжением 6-35кВ)

Устройство обеспечивает трехступенчатую максимальную токовую  ненаправленную защиту от трехфазных и междуфазных замыканий. Третья ступень МТЗ может иметь как  независимую, так и одну из пяти зависимых  характеристик. Любую ступень можно  сделать ускоренной при любом  включении высоковольтного выключателя.

В устройстве реализована  функция резервирования отказа выключателя  с выдачей сигнала отказа на выключатель  ввода или секции;

• Любая аварийная ситуация, отключение или неисправность, сопровождается замыканием контактов независимого реле предупредительной сигнализации. Реле сигнализации может работать в непрерывном (до сброса кнопкой) или импульсном режиме;
• Предусмотрено выполнение всех функций защиты при пропадании оперативного питания переменного или постоянного тока напряжением 220 В на время до 0,5 с;
• При срабатывании защиты устройство запоминает параметры срабатывания для последующего анализа обслуживающим персоналом;
• Информация фиксируется в памяти устройства в порядке поступления и сохраняется запись о последних 9 отключениях. Информация о каждой последующей аварии фиксируется, стирая из памяти информацию о самом "старом" КЗ. Отключение при неуспешном АПВ фиксируется как отдельная авария. Ход часов и зафиксированные данные в памяти сохраняются при пропадании оперативного питания на время не менее 200 часов;
• В устройстве применен алфавитно-цифровой индикатор, отображающий две строки по 16 символов, клавиатура из 4-х кнопок, а также кнопка сброса аварийной сигнализации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Исходя из поставленной цели, мы проанализировали теоретический материал по данной проблеме. Рассмотрели различные устройства РЗА. Сравнили и проанализировали обоснованность ранее применявшихся и современных устройств релейной защиты и автоматики.

И пришли к выводу, что  современные устройства РЗА наиболее полно отвечают современным требованиям  ПУЭ. Время срабатывания и функционал защиты от аварийных ситуаций намного больше, чем у ранее использовавшихся. Также они дают возможность менее затратно и более своевременно передавать информацию о сложившейся аварийной ситуации, что позволяет оперативно отреагировать персоналу. Передача цифрового сигнала на большие расстояния дает возможность собирать и анализировать информацию в центре управления и видеть все параметры всей энергосистемы в целом. Но цифровые устройства РЗА не идеальны, а тем более дорогостоящи и если они смотированыны не правильно и некачественно прошла установка программного обеспечения, дают сбои при передачи сигнала. Эта проблема легко устраняется высококвалифицированными кадрами. Также имеет не достаток, не может работать в условиях низких температур, что не которое время затрудняло использование на территории Сибири и Дальнего востока. Но эта проблема была решена  путем установки устройств подогрева.

Использование цифровых устройств  РЗА снижает аварийность во всей энерго системе региона, а также  дает оперативную информацию о состоянии  системы без дополнительных труда  затрат и присутствия человека.

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Алексеев В.С., Варганов Г.П. Реле защиты./ В.С. Алексеев, Г.П.  Варганов. Реле защиты. - М.: Энергия, 2006. - 464 с.: ил. 
2. Груба В.И., Калинин В.В., Макаров М.И. Монтаж и эксплуатация электроустановок . / В.И. Груба, В.В. Калинин,   М.И Макаров/ Монтаж и эксплуатация электроустановок: учебник для вузов.-М.: Недра,1991.
3. Гук Ю.Б., Кантан В.В., Петрова С.С. Проектирование электрической части станций и подстанции/ Ю.Б. Гук, В.В. Кантан, С.С. Петрова / Проектирование электрической части станций и подстанции. Учеб. пособие для сузов. - М.: Энергоатомиздат, 2005. - 312 с.: ил.
4. ЕНиР. Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы. Сб. 23. Электромонтажные работы. - М.:Стройиздат,2008. - 152 с.
5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций./ Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков./ Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для сузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 608 с.: ил.
6. Правила устройства электроустановок. - 6-е издание, перераб. и доп. М., Энергоатомиздат, 2006. С 650.
7. Правила устройства электроустановок: 7-е изд., перераб. и дополн. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 776 c.: ил.
8. Рожкова Л.Д., Козулин Д.С. Электрооборудование станций и подстанций./ Л.Д. Рожкова, Д.С. Козулин / Электрооборудование станций и подстанций.Учеб. для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 648 с.: ил.
9. Соколов Б.А., Соколова Н. Б. Монтаж электрических установок./ Б.А Соколов, Н. Б. Соколова/ Монтаж электрических установок. 3-е изд., переработанное и дополненое.-М.: Энергоатомиздат, 2007. – С 360.
10. Фёдоров А. А., Старкова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий/ А. А. Фёдоров, Л. Е. Старкова/ Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 368 с.
11. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей./ М. А. Шабад. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей.- Л.: Энергия, 1972. - 176 с.: ил.
12. Электротехнические устройства СНиП 3.05.06-85. М., ЦИТБ, 2006. – с 60.
13. Электротехнический справочник/ Под редакцией. И.Н. Орлова т М.: Энергоатомиздат, 2007. - 882 с.: ил.